文章摘要
【关 键 词】 高密度CPO、光学接口、SiN锥形、聚合物波导、晶圆级互连
本文探讨了高密度共封装光学器件(CPO)应用中的光学接口挑战，特别是在组装产量和可扩展性方面。为了解决这些问题，研究人员提出了使用SiN层的逆向锥形设计，以增加光斑尺寸，从而简化与Si纳米波导的集成。基于Si光子层和SiN光子层的混合平台边缘耦合器在O波段和C波段中提供了-1.5dB/光纤的典型耦合效率，同时去除了SOI晶片的BOX层以防止模式泄漏。
为了实现CPO在多节点AI/ML集群中的高带宽、低延迟和低功耗互连，研究人员在imec开发了几种构建模块。其中一个关键模块是设计SiN边缘耦合器，以实现向高密度聚合物光波导的绝热模式转换，这增加了光学I/O连接的密度并允许更高的光纤数量。第二个模块利用低损耗、高密度晶圆上SiN波导作为XPU或HBM之间的晶圆级光学互连。
研究人员选择了EpoCore/EpoClad和OrmoCore/OrmoClad两种聚合物光波导材料，并研究了SiN-to-PWG和PWG-to-SMF界面。通过调整聚合物波导尺寸优化耦合效率，并设计了SiN锥形波导以实现绝热耦合。实验结果显示，EpoCore/EpoClad聚合物波导的重叠效率可达约95%，而OrmoCore/OrmoClad波导的重叠率从6μm的约83%降至3μm的不到70%。选择了EpoCore/EpoClad材料进一步优化SiN锥形并进行实验工作。
在制造方面，研究人员制造了具有优化SiN锥形设计的PIC，并实验性地集成了EpoCore/EpoClad聚合物波导。在特性分析方面，研究人员准备了不同的测试样品进行光学特性分析，发现在1310nm波长时，传播损耗低于0.5dB/cm，光纤到ORDL对接耦合损耗为每面1dB。
晶圆级光学互连的下一个构建模块是开发一种300毫米晶圆级SiN波导技术，该技术将LPCVD SiN波导与高精度光刻掩模版拼接相结合，从而使拼接损耗低于0.01dB。这种技术展示了长达56cm的跨晶圆环回波导，全波导损耗仅为0.15dB/cm，包括多达20个针脚接口以及56个100μm半径的90度弯头。
最后，研究人员通过高精度集体芯片到晶圆电介质键合工艺，实现了组装的PIC芯片和300毫米光学互连晶圆之间的低损耗SiN波导衰减耦合。锥形SiN波导专为高效、对准误差容忍和宽带衰减耦合而设计，对于短至0.5毫米的衰减耦合器，在O波段的插入损耗始终低于0.5dB。
原文和模型
【原文链接】 阅读原文 [ 5132字 | 21分钟 ]
【原文作者】 半导体行业观察
【摘要模型】 moonshot-v1-32k
【摘要评分】 ★★★★★
